¿Quién dijo que no existía la energía maligna?

Y seguimos con esto, que ya no queda mucho. Posiblemente lo de escribir una entrada a la semana sea lo único que no me gusta de esta asignatura, o al menos, lo que más pereza me da, pero hay que cumplir.

La verdad que mirando mis otras entradas, veo que sólo comento fallos sobre películas y ya está. Sólo hago eso. Y bueno,pensé que podía hacer dos cosas: o seguir en esta línea de comentar fallos físicos en las películas o simplemente cambiar. Y ésta vez no me voy a ir a lo fácil no. Voy a combinar lo de antes y lo de ahora. Así que seguiré comentando fallos de películas y luego añadir algo más.

Hoy os voy a hablar de la energía que se pone en juego al pasar una sustancia (en los casos de los que voy a hablar yo, será el agua) de un estado a otro y si son posibles semejantes cambios de estados, energéticamente hablando claro.

El otro día vi “Los seis signos de la luz” en mi casa y tengo que decir que es una de esas películas que te permiten sentarte en sofá y poner el botoncito del cerebro en posición off y a disfrutar de noventa minutos de tranquilidad absoluta. La película trata de una lucha que se libra cada mil años entre el bien y el mal, y un niño es el único que puede conseguir el poder suficiente(divido en seis signos) para que la luz gane. “Típical film”. Y ahora voy a lo que quiero hablar en realidad:

En un momento de la película, los caballeros de la luz están resguardandose en una casa que les protege del mal. La mansión esta protegida por un lago que es atravesado por un puente. Pues bien, sólo se le ocurre al caballero del mal que, utilizando sus poderes, manejar el tiempo atmosférico para que comience a llover y empapar la mansión, para que inmediatamente después, convertir ese agua en hielo y que los habitantes de la casa tengan que salir. Pero el tío, ni corto ni perezoso, coge y ala! Vuelve a usar su poderes y el hielo que está por toda el pueblo lo pasa a agua líquida y , con un poder propio de superman y no de un supervillano, traslada ese agua a la mansión, hinundandola, provocando que el niño salga bla bla bla bla...

Es decir, que primero pasa de agua a hielo, y luego de hielo a agua. Traducido, se produce la solidificación y luego la fusión del agua. Para calcular el calor implicado en estos cambios voy a definir unos conceptos previos:

El calor específico o la capacidad calorífica específica de una sustancia es una magnitud física que indica la capacidad de un material para almacenar energía interna en forma de calor. De manera formal es la energía necesaria para incrementar en una unidad de temperatura una cantidad de sustancia; usando el sistema internacional (SI) es la cantidad de julios de energía necesaria para elevar en un grado kelvin (K) la temperatura de un kilogramos de masa. ( 1 grado centígrado son 273 grados kelvin). El calor específico lo usaremos para calcular la energía que debemos suministrar a nuestro agua para que pase de unos 15 ºC (298K) a los 0 ºC (273K). Es decir, no se usa para calcular la energía que se necesita para cambiar de estado el agua. Para eso está el calor latente. El calor latente o calor de cambio de estado, es la energía absorbida por las sustancias al cambiar de estado, de sólido a líquido (calor latente de fusión).

Ahora pasemos a las fórmulas:

La fórmula (1) la usamos para calcular la energía necesaria para modificar las temperaturas de la sustancias y la fórmula (2) para calcular el calor que se usa para cambiar el estado de agregación.

Le= calor latente de fusión Ce= calor específico

Pero primero necesito saber la cantidad de agua que tengo. Esto posiblemente sea lo más raro que halla hecho hasta ahora. Voy a suponer un par de cosillas: Primero, que en vez de suceder en un pueblo de EEUU, va a ser en Luarca (una hermosa villa costera asturiana en la que casualmente vivo yo). Aproximadamente la superficie de Luarca son unos 2 kilómetros cuadrados y supongamos también que en un día de lluvia intensa caen unos 20 litros de agua por metro cuadrado. Bien, si pasamos los kilómetros cuadrados a metros cuadrados tenemos el volumen de agua que cayó en el pueblo, que son unos 40 millones de litros de agua. Usando la fórmula m= V x d ( masa= densidad x volumen) pues ya tenemos la masa del agua ya que la densidad del agua es de 1000 kg por metro cúbico....tenemos que hay nada más ni nada menos que !!40 millones de kilos de agua!!

Procedamos ahora con el cálculo fácil:

• Lo primero es enfriar el agua (siempre es más costoso enfriar que calentar) Usamos la fórmula (1) sabiendo que el calor específico del agua es de 4,1853 KJ/kg x K:

  

• El siguiente paso es pasar ese agua a 0 K a hielo a 0 K. Para ello usamos la fórmula (2) sabiendo que el calor latente de fusión es de 334 KJ/kg :

  

• Para no frivolizar más el asunto de la imposibilidad energética (referente a lo humano) voy a suponer que el hielo es todo hielo a 0 K. Porque en realidad habría que enfriar un poco más el hielo para tenerlo realmente. Así que ahora lo que me queda es volver a transformar este hielo en agua, que es la misma energía que en el caso anterior y luego calentar el agua a los 15 ºC a los que estaba. Es decir:

Para que nos hagamos una idea de la energía necesaria, el resultado es que necesitaríamos la tercera parte de la energía que liberó la bomba de Nagasaki (21 kilotones) para hacer posible lo que aquí,a el señorito del mal se le vino a la cabeza. Pero bueno, yo confío en sus poderes malignos...En fin.

Y aquí es dónde quiero añadir mi cambio:

Pero esto no sería tan imposible energéticamente hablando si se tratase de otra sustancia que no fuese el agua. Hay algunos compuestos que en un estado indeterminado, del que hablaré más adelante, pueden pasar de fase líquida a fase sólida en lo que dura un chupete en una guardería. Uno de los compuestos más espectaculares y asequibles de conseguir es la del famoso hielo seco. Este compuesto no es más que una disolución de acetato de sodio en agua. Cuando echamos mucho soluto, por ejemplo, sal o colacao en la leche, vemos como le cuesta a la leche disolverlo. Pero si esa misma leche,la calentamos, veremos como el colacao se disuelve mejor (No! El cambio del blog no son desayuno-consejos). Algo parecido ocurre con el acetato de sodio. Nosotros necesitamos calentar el agua para que éste, “acepte” más cantidad de acetato. Lo que ocurre es que cuando dejamos de calentar el agua e inmediatamente,como se ve en el vídeo, lo enfriamos, se obtiene una disolución metaestable. Lo que quiero decir con metaestable es que hay 2 estados en equilibrio y que bajo la acción de alguna perturbación externa, puede pasar a uno de los dos estados. En nuestro caso,los estados en equilibrio son el líquido y el sólido y la perturbación es tocar con el dedo la superficie de la disolución. Una vez que tenemos la disolución sobresaturada (es decir, que no admite más cantidad de acetato de sodio) basta con tocar la superficie para que ocurre lo que veis. No sólo precipita el acetato de sodio formando esas figuras sino que además, desprende mucha energía. Pero esa energía que se supone que debería de ser fría, es tan fría durante unos segundos, que quema. Evidentemente este hielo no se puede usar para sacarnos de un apuro para un botellón pero si que se usa para otro tipo de disciplinas, por ejemplo,médicas.

Espero que el cambio no haya producido un daño irreversible en vuestro cerebro y hasta la próxima.

Feliz navidad.

La bibliografía esta a modo de enlaces.

580 km/h ; -191 Cº. Pefecto

Que película!! Que película vimos el otro día!! Es que eso no era ciencia ficción... eso era...lo que algunos algunos llamarían terreno edificable. Porque vamos, 30 graditos de temperatura, sol, mar, playa, parece que esté hablando de algún playa lugar del Sur pero ni mucho menos. Todo esto en el centro de la Tierra! Si el Pocero se entera de esto, se acaba el problema de la vivienda en España.

Dejando a un lado la broma y por si alguien no se había dado cuenta,estoy hablando de la película (que no del libro) "Viaje al centro de la Tierra" del director Eric Breviq y en la actúan, entre otros, Brendan Fraser. La película ( la podéis ver clickando en el título) nos muestra la cantidad de peripecias que sufren los personajes, entre las que se encuentran, por ejemplo, luchar contra dinosaurios.

Pero yo no me voy a las singularidades como esta. Quiero comentar lo que ocurre en una escena concreta. El joven Sean tiene que llegar a el punto de encuentro y esperar a su tío Trevor y a Hannah. Pero como cabe esperar, no va a ser un camino de rosas. El suelo que tiene que pisar no es un suelo normal. No lo llamaría ni suelo (bueno, algunas constructoras si). Esta hecho por una especie rocas “magnéticas” (vayan a saber ustedes que carajo es eso) y que están flotando en “equilibrio”. A todo esto, Sean se da cuenta porque tropieza y se cae al suelo su navaja. Mientras se trata de levantar mira como la navaja esta suspendida en el aire y a partir de ahí, el niño prodigio, deduce que hay un campo magnético....!!BLASFEMIA!! que gritarían en tiempo de Santo Tomás.

A esa tipo de materiales nosotros los llamamos materiales ferromagnéticos y presentan propiedades a las del hierro. Lo que yo quiero tratar es otra cosa. El campo magnético que mantiene a las rocas en suspensión puede ser cualquier cosa, ya que estamos en el centro de la Tierra. Yo voy a suponer que es el campo creado por un electroimán.

Un electroimán es un imán, que funciona como tal en la medida que pase corriente por su bobina. Dejan de magnetizar, al momento en que se corta la corriente. Un electroimán, es compuesto en su interior, por un núcleo de hierro. Núcleo al cual, se le ha incorporado un hilo conductor, recubierto de material aislante, como el barniz. Hilo que tiene que ir enrollado en el núcleo, para que el electroimán funcione. Otra manera de hacer funcionar un electroimán, es de la manera contraria. Cesando el paso de la corriente, por su núcleo. Esto sucede, cuando un electroimán, cuenta con un núcleo de acero. Con lo cual, queda funcionando al igual, que un imán corriente. Apliquemos la fórmula del electroimán:

• Dónde: F es la fuerza en newtons;
• B es el campo magnético en teslas;
• A es el área de las caras de los polos en m²;
• μ_o es la permeabilidad del espacio libre. Aunque en la fórmula aparezca 4 (pi) por 10^7, los cálculos están hechos con el correspondiente superíndice negativo, pero el programa no me dejaba ponerlo
• m es la masa de Sean;
• g la aceleración de la gravedad.

Contra más área tengan los polos de las caras del electroimán, más pequeño será el campo magnético creado, por eso he puesto un área pequeña. Aunque el campo parezca algo insignificante, no lo es ya que para construir un electroimán fuerte, se prefiere un circuito magnético corto con una gran superficie. La mayoría de los materiales ferromagnéticos se saturan sobre 1 a 2 teslas.

Así que tampoco es tan ficticio pensar la posibilidad de que un campo magnético pueda soportar a una persona. Lo que si que es descabellado pensar es que si la roca esta en equilibrio sin que Sean esté sobre ella, cuando el sobrino de Trevor coloque sus pies encima de ella, la roca se quede en la misma posición en la que estaba inicialmente. Lo más probable es que se caiga hacia abajo.

Claro, todo es violando el efecto Earnshaw, que nos viene a decir que jamás podremos compensar el peso de un imán y hacerlo levitar por encima de otro mediante la confrontación de los polos opuestos de los imanes. Pero este efecto sólo se cumple cuando los materiales están en reposo. Es decir, si nosotros tenemos al material ferromagnético en el movimiento correcto, conseguiremos ese efecto (tranquilo Sergio que ya dejo de copiar de tu blog) con lo cual algún fallo hay.

Volviendo al tema que nos ocupa, los electroimanes son utilizados en numerosas ocasiones. Todos hemos visto la típica situación en la que un imán atrae coches para transportarlos hasta la troqueladora, etc etc. Pero sin duda, una de las aplicaciones más importantes es la de los famosos trenes de levitación magnética. Los trenes de levitación magnética se diferencian de los trenes convencionales en los magnetos que lo elevan ligeramente sobre la vía, eliminando la fricción que reduce la velocidad y el ruido, con lo que el efecto medioambiental del transporte convencional se vería disminuido. La única pega aparente es que para que esto funcione tiene a ver temperaturas de -183 grados Celsius. Esto se consigue con nitrógeno líquido que se coloca en la parte de abajo del tren y hace que se eleve levemente sobre los raíles. El imán enfriado a tal temperatura ejerce una fuerza de repulsión sobre las vías, y con ello hace que todo el vagón levite sobre los raíles, pero a la vez ejerce una fuerza de atracción. Debido a estas dos fuerzas el tren se separa, pero si se pone boca abajo tal y como muestra el vídeo, no se cae.

El movimiento del tren termina cuando el nitrógeno líquido contenido en el tren se termina evaporando al completo, o cuando las pequeñas fuerzas de rozamiento del aire hacen parar a la máquina.

Así que ahora lo único que decidís es a ver quién es el valiente que se mete dentro del tren a probarlo ya que, en pruebas experimentales en Japón, alcanzó los 581 km/h (velocidad máxima).

Hasta otro día.

Bibliografía:

-http://es.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismo

-http://fisicacf.blogspot.com/2008/10/levitron-on-rocks-shaken-not-stirred.html

-http://www.filmaffinity.com/es/film890243.html

-http://es.wikipedia.org/wiki/Electroim%C3%A1n

-http://espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080429141315AAmW9Fp

-http://www.monografias.com/trabajos11/electrim/electrim.shtml

-http://www.misrespuestas.com/que-es-un-electroiman.html

El martillo de los simpsons

En el capítulo 270 de Los Simpsons, que se titula Treehouse of Horror XII y concretamente en el titulado como House of Whacks, Marge compra una robot que, valga la redundancia,”robotiza” la casa, facilitándole las tareas de la casa a Marge. Pero , poco a poco, el robot se va enamorando de Marge e intenta matar a Homer. Hasta aquí nada anómalo, pero a la mitad del capítulo el robot llama a la familia para que vayan a comer. Pero no lo hace como lo hacen (o hacían, depende de la edad del lector) nuestras madres, es decir, pegándonos una voz o simplemente el mítico truco de dejarnos la comida en la mesa, y cuando nos diéramos cuenta ,la comida ya estaba fría, sino que, haciendo reflejar en dos espejos un rayo láser creando una forma de triángulo y cogiendo una varilla metálica (la misma que se utiliza para tocar el triángulo musical)y haciéndola “chocar” contra el láser, provoca el típico ruido equivalente a:!!La comida ya esta lista!!

Bien, yo trato de demostrar que eso es imposible. Es decir, un rayo láser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)es un haz estrecho de luz en una dirección fija, tienen una longitud de onda bien definida y un rendimiento de potencia predecible, como los punteros láser, los lectores de códigos de barras, los instrumentos de cirugía láser y los reproductores de CD. Pero no son materia. Me explico: nosotros no podemos atravesar con la mano la pared. Esto es porque antes de que la toquemos, las fuerzas de repulsión entre los electrones que forman nuestra mano y los electrones de las partículas de las que esta hecha la pared llegan a un punto en el que “no nos dejan avanzar más”.Es decir, no podemos atravesarla. En cambio el láser esta formado (mediante unos procesos de excitación y demás) por fotones. Los fotones no tienen ni carga ni masa, que explica el hecho de que nosotros no podamos tocar el láser. Bueno, ni nosotros, ni el palo de tocar el triángulo.

El otro hecho que quiero explicar, es que es posible que un láser “haga ruido”. Es decir, que sin necesidad de nosotros tocarlo, es posible que un rayo láser emita sonido por si sólo. Aquí viene el desarrollo un tanto coñazo. Pero aquí estoy yo para resumir el artículo donde lo encontré:

Básicamente el láser es una fuente de luz y una cavidad resonante. En esa cavidad lo que ocurre es que la luz, con una determinada frecuencia de onda, entra y se intensifica fuertemente en el interior. Se dice que resuena. Pero para crear una cavidad capaz de hacer resonar convenientemente ondas acústicas tuvieron que construir un compuesto depositando, una sobre otra, como las tapas de un sándwich, más de 40 lilliputienses capas de materiales semiconductores alternados, de 30 átomos de espesor. En total, todo el arreglo alcanzó un espesor de alrededor de apenas 100 nanómetros, o cien millonésimas de milímetro. Hasta el momento todo esto echa mi teoría por los suelos sino llega ser porque el sonido producido es de MILLONES DE MILLONES DE HERZIOS.

El ser humano es capaz de percibir entre los 20 Hz y los 20 KHz. Por encima de ese umbral se denominan ultrasonidos y por debajo de los 20 Hz se denominan infrasonido. Pues el sonido que provocan estos láseres se han denominado hipersonidos.

El oído humano (ya sé que los simpsons no son humanos, pero dejadme seguir divagando) se divide en 3 partes: el oído externo, el oído medio y el oído interno. La onda sonora es captada por el pabellón auditivo, de allí pasa al conducto auditivo externo y llega a la membrana timpánica o tímpano (esto es el oído externo).Transmite la vibración hacia el martillo y a través del yunque y del estribo la onda sonora se convierte en un impulso mecánico.

Pues una de tres: o los simpsons tienen un pedazo de martillo que proporcional a la ignorancia de los que dicen que con el LHC el mundo se va a acabar o tienen un sistema de captación de sonidos diferente al nuestro (que es lo más probable) o son capaces de oír los hipersonidos. Lo cual implicaría un lío tremendo, ya que si puedes oír en todas las frecuencias….A no ser que seas Superman y puedas elegir en que frecuencia quieres escuchar….pero ese trabajo se lo do dejo a otros.

Hasta el lunes, que es cuando me toca poner la del anterior jueves.

Toda la información obtenida esta a modo de enlace.

El hombre que podia lanzar heroína a velocidades...

Según aparece en “El libro de los hechos insólitos” de Gregorio Doval, en la escena final de la novela del poco conocido escritor (afortunadamente para los físicos) Adolfo Cortés (1852-1886) "Memoria de una heroína", dicha droga se arroja al cráter del Vesubio literalmente " desde el balcón del palacio real de Nápoles", situado en realidad a una distancia de unos quince kilómetros.

Lo que quiero probar es que el personaje debería de lanzar el paquete de heroína ( si en vez de un paquete de aproximadamente 3 kg,supongo que son unos cuantos gramos, ya se trataría de algo más absurdo, si cabe) a una velocidad muy grande, para que recorra esos 15 Km.

Para ello,utilizo los datos de la altura del Vesubio (1240 metros) y supongo que el personaje lanza el paquete desde un balcón situado 30 metros. Por si acaso, pongo un dibujo (el paint no solo sirve para que los niños sin Internet se diviertan,sino para algo más):

Ahora se resume practicamente a un problema de cinemática. Las ecuaciones de la posición para un tiro oblícuo son estas:

Y las ecuaciones de las velocidades iniciales respecto a cada eje son estas (supongo que el ángulo son 45 grados) :

Entonces,lo que yo trato de hallar es la velocidad a la que habría que lanzar la partícula.Los datos que tengo son que cuando en el eje de las X, el paquete de heroína ha recorrido 15000 metros, en el eje Y recorre 1240 metros ( NO VOY A SUPONER QUE SOBREVIVE A LA TEMPERATURA DE UN VOLCÁN POR EL AMOR DE DIOS ).Pues ya esta hecho.Tenemos un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas, el tiempo t y la velocidad Vo:

Despejo en la primera ecuación el tiempo t y lo pongo en la segunda ecuación:

400 METROS/SEGUNDO..... Si si, como lo leeis.Supera la velocidad del sonido (en el aire).Pedazo de brazo debía de tener el señor para lanzar un paquete a esa velocidad... Pero no le voy a pedir a mi "amigo" Cortés que sepa de física...pero vamos un poco de sentido común si, que no sé como andarían por aquella época,pero lanzar un objeto 15 kilómetros tendría,como mínimo, su mérito.O no, quién sabe.Habría que ver a alguno de los de alguna compañía aérea ver como lanzan las maletas...

Hasta la próxima, y siento el desarrollo matemático.

Wanted y la bala eterna

Bueno ante todo decir que aquel que no halla visto la película Wanted que no siga leyendo esto.

Al final de la película sucede algo increíble:

Aproximadamente están 6 personas formando un círculo y una persona en el centro del círculo. El objetivo de los 6 es asesinar al miembro de centro, pero de repente, uno de los miembros del círculo dispara. Pero no dispara hacia el centro (lo cual arruinaría la película y mi comentario de hoy ) sino que, y cito literalmente: “Dándole un efecto a la bala” ésta comienza a describir una trayectoria circular que asesina a todos los miembros que formaban el círculo. Se puede ver como la bala vuelve al mismo punto y a la misma altura desde la que se lanzó

Pues bien, este hecho se aleja mucho de la ciencia ficción. Vale que se pueda agrandar 5 veces el tamaño, o menguar 12 veces, o tener superpoderes….Podría entender que puedan modificar ligeramente la trayectoria de la bala, pero de ahí, a que una bala realice un movimiento circular hay un gran abismo. Todos hemos hecho problemas de cinemática en los que el proyectil sale desde el suelo con un ángulo y cae al suelo, pero nunca el de una bala que gira (lo cual no quiere decir que no pueda suceder)

Vamos a explicar porque no es posible que una bala realice un movimiento circular:

Tartaglia, en su libro Nova Scientia, demostró que cuanta más velocidad lleva un proyectil, menos curva es su trayectoria. Evidentemente, la velocidad de una bala es lo suficientemente grande como para que su trayectoria sea casi recta (alrededor de 300 m/seg) . Y es casi recta porque existen unas fuerzas que actúan sobre el proyectil que son la de la gravedad y la resistencia que ofrece el aire, que son las que finalmente provocan que la bala, en algún momento, impacte contra el suelo.

Esta es la clave del problema, estas fuerzas actúan de manera CONSTANTE sobre la bala, haciéndola “bajar” hasta que cocha contra el suelo.

Podemos suponer que la persona que dispara la bala le comunica una fuerza suficiente para desviarla de su trayectoria recta unos pocos de grados, pero a partir de ese momento, no existe ninguna fuerza que actúe sobre la bala que le provoque ese movimiento circular, ninguna fuerza CONSTANTE, por la que esa bala, seguiría, y esperemos que en la realidad lo sigan haciendo, un movimiento rectilíneo.

Sino un tiro al aire podria acabar impactando contra tu pie o algo parecido.